Windenergietage 2016 Potsdam, Projektoptimierung durch. Lastberechnung WEA

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1 Windenergietage 2016 Potsdam, Projektoptimierung durch Lastberechnungen an WEA Thomas Zirngibl Wind Cert Services TÜV SÜD Industrie Service GmbH Lastberechnung Folie 1

2 TÜV SÜD im Windbereich Typenzertifizierung Offshore Onshore DIBt Typenprüfung Gründung und Turm Bewertung der Konstruktion Prototypentests Bewertung der Herstellung Entwicklungsbegl. Prüfung CMS condition monitoring Riskoanalysen- /-management Lastmessungen Leistungskurvenvermessung Standortgutachten, Geotechnik, Welle&Wind Standortspez. Konstruktionsbewertung Typenzertifizierung Projektzertifizierung Fertigungsüberwachung Transportüberwachung Installationsüberwachung Offshore-Hebezeuge Wiederkehrende Prüfungen WEA, Fundament, Turm, Maschinenhaus, Rotorblätter Wiederkehrende Prüfungen Servicelift, Hebezeuge, Sicherheitsausrüstung Windgutachten, Pot. Analysen Windmessungen Schall, Schatten, Turbulenz Eisfall/Risikoanalysen Due Diligence Bauüberwachung Folie 2

3 Abteilung Onshore Dipl.-Ing. (FH) Peter Meier Head of department Sophie Neiswirth, B.Sc. Sales & Acquisitions Stephanie Seitz, M.A. Technische Assistenz Dipl.-Phys. Thomas Zirngibl Team Team leader leader Site Site Assessment assessment & TDD Dipl-Ing.(FH) Thomas Arnold Team leader WTG inspections & Wind Measurements Dipl.-Geogr. Florian Weber Site assessment & AKQ Dipl.-Geoökol. Martina Hunner Site Compliance & 3D models Dipl.-Met. Katja Hofer Site assessment, Site compliance Dipl.-Geogr. Jürgen Hahn GIS, immission prognoses Dipl.-Geogr. Martin Unger GIS & site assessment Dipl.-Met. Michaela Stark Ice throw analyses, immissions Daniela Pfab, M.Sc. Site assessment & 3D models Dipl.-Ing. Andreas Schmid TDD; Standort Dresden Dipl.-Ing. Marc Sielschott TDD; Standort Hamburg Dipl.-Ing. Henri Avila TDD; Standort Regensburg Dipl.-Geoökol. Stephanie Dix Site assessment & TDD Sirag Kartun Tech. Ass. TDD Regional experts (national & international) 8 Team Members Vorstellung TÜV SÜD Wind Cert Services - Windgutachten Folie 3

4 Standorte in Europa Standorte in München, Regensburg, Hamburg, Dresden TÜV SÜD France in Ecully (Lyon) > 200 Windgutachten Alle Bundesländer bearbeitet Wald und komplexes Gelände Windatlanten für BW, HE & RP Ansprechpartner Wind Quentin Frache > 20 Windgutachten Erfahrung mit komplexen Schallreduktionen TÜV TÜRK in Istanbul (Türkei Ansprechpartner Wind Kerim Eroglu > 20 Windgutachten Nur komplexe Standorte TÜV SÜD PMSS in Bath / England Ansprechpartner Wind Adam Terry > 30 Windgutachten Vorstellung TÜV SÜD Wind Cert Services - Windgutachten Folie 4

5 Standortbeispiel 1 In einem existierenden Windpark wird eine weitere WEA zugebaut Die Bestands-WEA sind deutlich älter und von einem anderen Hersteller Die Möglichkeiten zur Platzierung der WEA sind stark beschränkt Aufgrund der Abstände kommt es zu einer Überschreitung der Turbulenz im Turbulenzgutachten Windenergietag 2016 Folie 5

6 Technischer Exkurs: Überschreitung der Turbulenz WEA werden in D meistens auf Basis einer Typenprüfung genehmigt Grundlage dafür ist ein theoretisches Model jeder spezifischen WEA Diesem Model werden dann definiert Zustände ausgesetzt (Lastfälle) Lastfälle bestehen in der Regel aus externe Bedingungen + Zustand der WEA Die anzunehmenden externen Bedingungen gibt eine Norm vor. (z.b. IEC Windklasse II bedeutet 8.5 m/s Jahreswindmittel) Turbulenz ist eine weitere solche Bedingung (Klasse A, B, C) Dieses Model muss dann diese Lastfälle bestehen für die Zertifizierung Solange die Bedingungen am Standort unter den externen Bedingungen sind, ist die Standorteignung grundsätzlich gegeben Folie 6

7 Was ist Turbulenz? Zeit in Sekunden Schwankungen der Windgeschwindigkeit von Sekunde zu Sekunde Nur geringe Auswirkungen auf die Leistung (Mittelwert über 10 Minuten relevant), aber Schwingungen relevant für die Lebenszeit Folie 7

8 Was ist Turbulenz? Nachlaufströmung Umgebungsturbulenz Folie 8

9 Vergleich Norm und Standort Annahme gemäß Norm für Zertifizierung Umgebungsturbulenz + Nachlaufströmung für konkrete WEA Folie 9

10 Ausgangssituation In einem geplanten Windpark kommt es zu Überschreitungen bei der Turbulenzintensität Auslegungswert der WEA, d.h. Maximalwert, der für einen einfachen Nachweis nicht überschritten werden darf Ist-Wert am Standort gemäß Turbulenzgutachten. Bei Überschreitung des Auslegungswertes gibt es zwei Optionen: a) Abschaltung oder Drosselung der verursachenden oder betroffenen WEA (Sektormanagement) evtl. Umplanung => Ertragsverlust b) Lastberechnung zum Nachweis, dass die Überschreitung unkritisch ist Lastberechnung Folie 10

11 Überschreitung gegen Unterschreitung Turbulenzüberschreitung alleine bestimmt nicht die Standsicherheit einer WEA Unterschreitung Überschreitung Auslegung Standort 7.5 m/s 6.7 m/s Weitere Einflussfaktoren: Luftdichte Windscherung Schräganströmung Weibullfunktion Kompensation möglich Lastberechnung Folie 11

12 Situation gestern Überschreitungen an den geplanten WEA werden durch den Anlagenhersteller abgedeckt (evtl. kommt es zu längeren Wartezeiten oder höheren Zusatzkosten bei Ausschreibungen oder mehrmaligen Umplanungen) Überschreitungen an existierenden WEA oder fremdgeplanten WEA werden in der Regel nicht durch den Hersteller dieser WEA abgedeckt. Ausnahmen nur wenn WEA vom selber Hersteller und kein Betreiberkonflikt vorliegt X Lastberechnung Folie 12

13 Erster Ansatz EQLR Kooperation von WEA Herstellern, Zertifizierern und Gutachtern Veröffentlicht im Magazin für Stahlbau und zugelassen als Standsicherheitsnachweis für die Genehmigung Unabhängig von WEA Typ Berechnung über Excel und damit einfach und schnell ABER: Kompromiss aus dem Fachbeirat eher vorsichtig wegen Einfachheit, d.h. Nur auf ca. 5% der deutschen Standorte für Genehmigung anwendbar (Für Ersteinschätzung trotzdem geeignet) Bei diesen 5% noch Sicherheitsabschlag, d.h. geringe Erfolgschance Für einfache Abschätzungen aber geeignet Notwendigkeit für andere Lösung Folie 13

14 Situation heute Überschreitungen an den geplanten WEA werden durch den Anlagenhersteller abgedeckt (evtl. kommt es zu längeren Wartezeiten oder höheren Zusatzkosten bei Ausschreibungen oder mehrmaligen Umplanungen) Überschreitungen an existierenden WEA oder fremdgeplanten WEA werden in der Regel nicht durch den Hersteller dieser WEA abgedeckt. Ausnahmen nur wenn WEA vom selber Hersteller und kein Betreiberkonflikt vorliegt X TÜV SÜD hat eine Model für eine generische Windkraftanlage entwickelt und validiert. Lastberechnungen können unabhängig von Hersteller und passgenau für den betroffenen WEA Typ durchgeführt werden Lastberechnung Folie 14

15 Komplexer Beispielstandort 2 Die geplanten WEA weisen Überschreitungen aus Es gibt Bestandsanlagen vom selben WEA-Typ, die ebenfalls Überschreitungen ausweisen Es gibt weitere Bestandsanlagen vom selben WEA Hersteller mit Überschreitungen Es gibt weitere Fremdanlagen von anderen Herstellern mit Überschreitungen Folie 15

16 Ergebnisse für Standort 2 In Kooperation mit dem WEA Hersteller wurde der Nachweis für die geplanten und fremden WEA Gesamter Nachweis aus einer Hand Über die Lastberechnung an den Bestandsanlagen sind Sektorabschaltungen zu deren Schutz nicht notwendig Für Bestandsanlagen, für die die Lastberechnung nicht sofort erfolgreich ist, wurde durch Optimierung der Abschaltstrategie eine Ertragssteigerung erzielt. Es kann der Anlagentyp mit dem größeren Rotor realisiert werden Der Ertragsverlust der geplanten WEA durch Sektorabschaltung wurde um ca. 80% reduziert Lastberechnung Folie 16

17 Was kann ich machen? Falls ein betroffener Standort vorliegt, dann reicht die Vorlage des Turbulenzgutachtens (erstellerunabhängig) zur Einschätzung der Situation Sowohl für geplante als auch für bestehende Windparks möglich Für die Lastberechnung werden weitere Windparameter benötigt, die durch den Windgutachten für das Projekt bereitgestellt werden können. Bei Bestandsanlagen ist zusätzlich die zugrunde gelegte Typenprüfung der betroffenen WEA notwendig. Lastberechnung Folie 17

18 Dipl.-Phys. Thomas Zirngibl Gruppenleiter Gutachten & TDD TÜV SÜD Industrie Service GmbH Wind Cert Services Ludwig-Eckert-Straße Regensburg Tel.: +49 (0) thomas.zirngibl@tuev-sued.de Lastberechnung Folie 19